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      1-Python中的GIL | Justin-刘清政的博客
    
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  <h2>1-Python中的GIL</h2>



  <p class="post-date">2020-03-25</p>
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  <!-- Article START -->
  <article class="post-article">
    <section class="markdown-content"><h1 id="一、内存中的线程"><a href="#一、内存中的线程" class="headerlink" title="一、内存中的线程"></a>一、内存中的线程</h1><p><img src="http://www.chenyoude.com/Python%E4%BB%8E%E5%85%A5%E9%97%A8%E5%88%B0%E6%94%BE%E5%BC%83/177-%E5%86%85%E5%AD%98%E4%B8%AD%E7%9A%84%E7%BA%BF%E7%A8%8B-03.png" alt="177-内存中的线程-03.png"></p>
<p>多个线程共享同一个进程的地址空间中的资源，是对一台计算机上多个进程的模拟，有时也称线程为轻量级的进程。</p>
<p>而对一台计算机上多个进程，则共享物理内存、磁盘、打印机等其他物理资源。多线程的运行也多进程的运行类似，是CPU在多个线程之间的快速切换。</p>
<p>不同的进程之间是充满敌意的，彼此是抢占、竞争CPU的关系，如果迅雷会和QQ抢资源。而同一个进程是由一个程序员的程序创建，所以同一进程内的线程是合作关系，一个线程可以访问另外一个线程的内存地址，大家都是共享的，一个线程干死了另外一个线程的内存，那纯属程序员脑子有问题。</p>
<p>类似于进程，每个线程也有自己的堆栈，不同于进程，线程库无法利用时钟中断强制线程让出CPU，可以调用thread_yield运行线程自动放弃CPU，让另外一个线程运行。</p>
<p>线程通常是有益的，但是带来了不小程序设计难度，线程的问题是：</p>
<ol>
<li>父进程有多个线程，那么开启的子线程是否需要同样多的线程。</li>
<li>在同一个进程中，如果一个线程关闭了文件，而另外一个线程正准备往该文件内写内容呢？</li>
</ol>
<p>因此，在多线程的代码中，需要更多的心思来设计程序的逻辑、保护程序的数据。</p>
<h1 id="二、用户级线程和内核级线程（了解）"><a href="#二、用户级线程和内核级线程（了解）" class="headerlink" title="二、用户级线程和内核级线程（了解）"></a>二、用户级线程和内核级线程（了解）</h1><p>线程的实现可以分为两类：用户级线程(User-Level Thread)和内核线线程(Kernel-Level Thread)，后者又称为内核支持的线程或轻量级进程。在多线程操作系统中，各个系统的实现方式并不相同，在有的系统中实现了用户级线程，有的系统中实现了内核级线程。</p>
<h2 id="2-1-用户级线程"><a href="#2-1-用户级线程" class="headerlink" title="2.1 用户级线程"></a>2.1 用户级线程</h2><p>内核的切换由用户态程序自己控制内核切换，不需要内核干涉，少了进出内核态的消耗，但不能很好的利用多核CPU。</p>
<p><img src="http://www.chenyoude.com/Python%E4%BB%8E%E5%85%A5%E9%97%A8%E5%88%B0%E6%94%BE%E5%BC%83/177-%E5%86%85%E5%AD%98%E4%B8%AD%E7%9A%84%E7%BA%BF%E7%A8%8B-04.png" alt="177-内存中的线程-04.png"></p>
<p>在用户空间模拟操作系统对进程的调度，来调用一个进程中的线程，每个进程中都会有一个运行时系统，用来调度线程。此时当该进程获取CPU时，进程内再调度出一个线程去执行，同一时刻只有一个线程执行。</p>
<h2 id="2-2-内核级线程"><a href="#2-2-内核级线程" class="headerlink" title="2.2 内核级线程"></a>2.2 内核级线程</h2><p>内核级线程：切换由内核控制，当线程进行切换的时候，由用户态转化为内核态。切换完毕要从内核态返回用户态；可以很好的利用smp，即利用多核CPU。windows线程就是这样的。</p>
<p><img src="http://www.chenyoude.com/Python%E4%BB%8E%E5%85%A5%E9%97%A8%E5%88%B0%E6%94%BE%E5%BC%83/177-%E5%86%85%E5%AD%98%E4%B8%AD%E7%9A%84%E7%BA%BF%E7%A8%8B-02.png" alt="177-内存中的线程-02.png"></p>
<h2 id="2-3-用户级与内核级线程的对比"><a href="#2-3-用户级与内核级线程的对比" class="headerlink" title="2.3 用户级与内核级线程的对比"></a>2.3 用户级与内核级线程的对比</h2><h3 id="2-3-1-用户级线程和内核级线程的区别"><a href="#2-3-1-用户级线程和内核级线程的区别" class="headerlink" title="2.3.1 用户级线程和内核级线程的区别"></a>2.3.1 用户级线程和内核级线程的区别</h3><ol>
<li>内核支持线程是OS内核可感知的，而用户级线程是OS内核不可感知的。</li>
<li>用户级线程的创建、撤消和调度不需要OS内核的支持，是在语言（如Java）这一级处理的；而内核支持线程的创建、撤消和调度都需OS内核提供支持，而且与进程的创建、撤消和调度大体是相同的。</li>
<li>用户级线程执行系统调用指令时将导致其所属进程被中断，而内核支持线程执行系统调用指令时，只导致该线程被中断。</li>
<li>在只有用户级线程的系统内，CPU调度还是以进程为单位，处于运行状态的进程中的多个线程，由用户程序控制线程的轮换运行；在有内核支持线程的系统内，CPU调度则以线程为单位，由OS的线程调度程序负责线程的调度。</li>
<li>用户级线程的程序实体是运行在用户态下的程序，而内核支持线程的程序实体则是可以运行在任何状态下的程序。</li>
</ol>
<h3 id="2-3-2-内核线程的优缺点"><a href="#2-3-2-内核线程的优缺点" class="headerlink" title="2.3.2 内核线程的优缺点"></a>2.3.2 内核线程的优缺点</h3><p>优点：当有多个处理机时，一个进程的多个线程可以同时执行。</p>
<p>缺点：由内核进行调度。</p>
<h3 id="2-3-3-用户级线程的优缺点"><a href="#2-3-3-用户级线程的优缺点" class="headerlink" title="2.3.3 用户级线程的优缺点"></a>2.3.3 用户级线程的优缺点</h3><ul>
<li>优点：<ul>
<li>线程的调度不需要内核直接参与，控制简单。</li>
<li>可以在不支持线程的操作系统中实现。</li>
<li>创建和销毁线程、线程切换代价等线程管理的代价比内核线程少得多。</li>
<li>允许每个进程定制自己的调度算法，线程管理比较灵活。</li>
<li>线程能够利用的表空间和堆栈空间比内核级线程多。</li>
<li>同一进程中只能同时有一个线程在运行，如果有一个线程使用了系统调用而阻塞，那么整个进程* 都会被挂起。另外，页面失效也会产生同样的问题。</li>
</ul>
</li>
<li>缺点：<ul>
<li>资源调度按照进程进行，多个处理机下，同一个进程中的线程只能在同一个处理机下分时复用</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h2 id="2-4-混合实现"><a href="#2-4-混合实现" class="headerlink" title="2.4 混合实现"></a>2.4 混合实现</h2><p>用户级与内核级的多路复用，内核同一调度内核线程，每个内核线程对应n个用户线程。</p>
<p><img src="http://www.chenyoude.com/Python%E4%BB%8E%E5%85%A5%E9%97%A8%E5%88%B0%E6%94%BE%E5%BC%83/177-%E5%86%85%E5%AD%98%E4%B8%AD%E7%9A%84%E7%BA%BF%E7%A8%8B-01.png" alt="177-内存中的线程-01.png"></p>
<h3 id="2-4-1-linux操作系统的-NPTL"><a href="#2-4-1-linux操作系统的-NPTL" class="headerlink" title="2.4.1 linux操作系统的 NPTL"></a>2.4.1 linux操作系统的 NPTL</h3><p>历史：在内核2.6以前的调度实体都是进程，内核并没有真正支持线程。它是能过一个系统调用clone()来实现的，这个调用创建了一份调用进程的拷贝，跟fork()不同的是，这份进程拷贝完全共享了调用进程的地址空间。LinuxThread就是通过这个系统调用来提供线程在内核级的支持的(许多以前的线程实现都完全是在用户态，内核根本不知道线程的存在)。非常不幸的是，这种方法有相当多的地方没有遵循POSIX标准，特别是在信号处理，调度，进程间通信原语等方面。</p>
<p>很显然，为了改进LinuxThread必须得到内核的支持，并且需要重写线程库。为了实现这个需求，开始有两个相互竞争的项目：IBM启动的NGTP(Next Generation POSIX Threads)项目，以及Redhat公司的NPTL。在2003年的年中，IBM放弃了NGTP，也就是大约那时，Redhat发布了最初的NPTL。</p>
<p>NPTL最开始在redhat linux 9里发布，现在从RHEL3起内核2.6起都支持NPTL，并且完全成了GNU C库的一部分。</p>
<p>设计：NPTL使用了跟LinuxThread相同的办法，在内核里面线程仍然被当作是一个进程，并且仍然使用了clone()系统调用(在NPTL库里调用)。但是，NPTL需要内核级的特殊支持来实现，比如需要挂起然后再唤醒线程的线程同步原语futex.</p>
<p>NPTL也是一个1*1的线程库，就是说，当你使用pthread_create()调用创建一个线程后，在内核里就相应创建了一个调度实体，在linux里就是一个新进程，这个方法最大可能的简化了线程的实现。</p>
<p>除NPTL的1<em>1模型外还有一个m</em>n模型，通常这种模型的用户线程数会比内核的调度实体多。在这种实现里，线程库本身必须去处理可能存在的调度，这样在线程库内部的上下文切换通常都会相当的快，因为它避免了系统调用转到内核态。然而这种模型增加了线程实现的复杂性，并可能出现诸如优先级反转的问题，此外，用户态的调度如何跟内核态的调度进行协调也是很难让人满意。</p>
</section>
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      <ol class="toc-nav"><li class="toc-nav-item toc-nav-level-1"><a class="toc-nav-link" href="#一、内存中的线程"><span class="toc-nav-text">一、内存中的线程</span></a></li><li class="toc-nav-item toc-nav-level-1"><a class="toc-nav-link" href="#二、用户级线程和内核级线程（了解）"><span class="toc-nav-text">二、用户级线程和内核级线程（了解）</span></a><ol class="toc-nav-child"><li class="toc-nav-item toc-nav-level-2"><a class="toc-nav-link" href="#2-1-用户级线程"><span class="toc-nav-text">2.1 用户级线程</span></a></li><li class="toc-nav-item toc-nav-level-2"><a class="toc-nav-link" href="#2-2-内核级线程"><span class="toc-nav-text">2.2 内核级线程</span></a></li><li class="toc-nav-item toc-nav-level-2"><a class="toc-nav-link" href="#2-3-用户级与内核级线程的对比"><span class="toc-nav-text">2.3 用户级与内核级线程的对比</span></a><ol class="toc-nav-child"><li class="toc-nav-item toc-nav-level-3"><a class="toc-nav-link" href="#2-3-1-用户级线程和内核级线程的区别"><span class="toc-nav-text">2.3.1 用户级线程和内核级线程的区别</span></a></li><li class="toc-nav-item toc-nav-level-3"><a class="toc-nav-link" href="#2-3-2-内核线程的优缺点"><span class="toc-nav-text">2.3.2 内核线程的优缺点</span></a></li><li class="toc-nav-item toc-nav-level-3"><a class="toc-nav-link" href="#2-3-3-用户级线程的优缺点"><span class="toc-nav-text">2.3.3 用户级线程的优缺点</span></a></li></ol></li><li class="toc-nav-item toc-nav-level-2"><a class="toc-nav-link" href="#2-4-混合实现"><span class="toc-nav-text">2.4 混合实现</span></a><ol class="toc-nav-child"><li class="toc-nav-item toc-nav-level-3"><a class="toc-nav-link" href="#2-4-1-linux操作系统的-NPTL"><span class="toc-nav-text">2.4.1 linux操作系统的 NPTL</span></a></li></ol></li></ol></li></ol>
    
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    FastClick.attach(document.body);
  })
</script>

<script>
  var hasLine = 'true';
  async("//cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/highlight.js/9.12.0/highlight.min.js", function(){
    $('figure pre').each(function(i, block) {
      var figure = $(this).parents('figure');
      if (hasLine === 'false') {
        figure.find('.gutter').hide();
      }
      var lang = figure.attr('class').split(' ')[1] || 'code';
      var codeHtml = $(this).html();
      var codeTag = document.createElement('code');
      codeTag.className = lang;
      codeTag.innerHTML = codeHtml;
      $(this).attr('class', '').empty().html(codeTag);
      figure.attr('data-lang', lang.toUpperCase());
      hljs.highlightBlock(block);
    });
  })
</script>





<!-- Baidu Tongji -->

<script>
    var _baId = 'c5fd96eee1193585be191f318c3fa725';
    // Originial
    var _hmt = _hmt || [];
    (function() {
      var hm = document.createElement("script");
      hm.src = "//hm.baidu.com/hm.js?" + _baId;
      var s = document.getElementsByTagName("script")[0];
      s.parentNode.insertBefore(hm, s);
    })();
</script>


<script src="/js/script.js"></script>


<script src="/js/search.js"></script>


<script src="/js/load.js"></script>



  <span class="local-search local-search-google local-search-plugin" style="right: 50px;top: 70px;;position:absolute;z-index:2;">
      <input type="search" placeholder="站内搜索" id="local-search-input" class="local-search-input-cls" style="">
      <div id="local-search-result" class="local-search-result-cls"></div>
  </span>


  </body>
</html>